旋转圆盘电极（RDE）测试方法

旋转圆盘电极测试的核心是：在稳定层流和可控传质条件下，测量不同转速下的稳态极化曲线，再通过Levich方程和Koutecký-Levich（K-L）方程分离动力学与传质贡献。以阴极极化测试为例，标准流程如下。

一、实验准备

1. 工作电极预处理
玻碳或金属圆盘依次用1.0、0.3、0.05 μm Al₂O₃浆料抛光至镜面，随后在去离子水、乙醇中超声清洗，吹干。若为催化剂修饰电极，需制备墨水：称取催化剂、加入水/异丙醇混合液和Nafion溶液，超声分散30 min以上，取适量滴涂于玻碳表面，室温干燥。催化剂载量应明确并保持一致。

2. 电解池与三电极体系
工作电极为RDE，对电极为铂片或石墨棒，参比电极为Ag/AgCl（3 M KCl）或Hg/HgO等。参比电极通过盐桥或鲁金毛细管尽量靠近工作电极，以减小欧姆降。电解液需用高纯试剂和超纯水配制，支持电解质浓度通常为0.1–1.0 M。

3. 除氧与温控
阴极极化测试前，通高纯Ar或N₂鼓泡30 min以上，测试过程中液面上方保持惰性气氛。若研究氧还原，则改通O₂至饱和。电解池置于恒温水浴中，通常控制在25±0.5 ℃。

二、仪器连接与参数设置

将RDE连接到恒电位仪和转速控制器。先测电化学阻抗谱（EIS）获得溶液电阻Rₛ，随后进行iR补偿，通常补偿85%–95%。转速范围建议400–2500 rpm，常用400、625、900、1225、1600、2025、2500 rpm。过高转速可能破坏层流，过低则扩散层过厚、稳态时间延长。

三、电化学测试流程

1. 活化与背景
在惰性气氛下进行循环伏安（CV）扫描，直至曲线稳定，以清洁和活化电极表面。随后在无目标反应物的条件下测背景曲线，用于扣除电容电流和杂质贡献。

2. 阴极极化曲线
通入目标气体或加入反应物后，从开路电位向负方向进行线性扫描伏安（LSV），扫描速率一般5 mV/s，也可用1–2 mV/s获得更稳态结果。每个转速下记录一条极化曲线。若析氢严重，应限制负电位窗口，避免气泡大量附着。

3. 补充测试
根据需要可进行计时电流法（CA）测稳态电流、EIS分析界面过程。若研究氧还原，建议用旋转环盘电极（RRDE）同步测环电流，以检测H₂O₂中间产物。

四、数据处理

1. 极限扩散电流
扩散控制区电流密度应满足Levich方程：
${�}_{�}=0.62��{�}^{2\mathrm{/}3}{�}^{-1\mathrm{/}6}{�}^{1\mathrm{/}2}{�}_0$。以${�}_{�}$对${�}^{1\mathrm{/}2}$作图，若为直线且过原点，说明反应受扩散控制。

2. K-L分析
在混合控制区取不同电位下的电流密度$�$，作$1\mathrm{/}�$对${�}^{-1\mathrm{/}2}$图：

$$\frac{1}{�}=\frac{1}{{�}_{�}}+\frac{1}{{�}_{�}}$$

由截距求动力学电流密度${�}_{�}$，由斜率求电子转移数$�$或扩散系数。

3. Tafel与质量传输校正
为获得可靠Tafel斜率，需先做质量传输校正：
${�}_{�}={�}_{�}�\mathrm{/}({�}_{�}-�)$，再以$�$对$\log {�}_{�}$作图。一般要求${�}_{�}$小于${�}_{�}$的约57%。

4. RRDE计算
由盘电流${�}_{�}$、环电流${�}_{�}$和收集效率$�$，可算H₂O₂产率：

$$\mathrm{\%}{�}_2{�}_2=200\times \frac{{�}_{�}\mathrm{/}�}{{�}_{�}+{�}_{�}\mathrm{/}�}$$

电子转移数：
$�=4{�}_{�}\mathrm{/}({�}_{�}+{�}_{�}\mathrm{/}�)$。

五、注意事项

电极表面必须洁净、平整，滴涂层均匀；转速应稳定，避免气泡和涡流；参比电极电位需校准；溶液要除氧充分；扫描速率不宜过快；数据应重复3次以上，报告载量、转速、温度和电解质组成。只有严格控制这些条件，RDE阴极极化测试才具有可比性和可靠性。

RDE测试方法可概括为：电极制备→三电极组装→除氧温控→iR补偿→CV活化→不同转速LSV→K-L与Tafel分析→必要时RRDE验证。该方法将传质与动力学分离，是研究阴极反应机理和催化剂活性的重要手段。